P4 DISPOSITIVOS

INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA MECANICA

Y ELECTRICA

UNIDAD PROFESIONAL ESIME ZACATENCO

COMUNICACIONES Y ELECTRONICA

ACADEMIA DE CIRCUITOS

UNIDAD DE APRENDIZAJE: DISPOSITIVOS

PROFESORA: ÁREVALO GONZÁLEZ ELIZABETH

GRUPO: 5CV4

ALUMNOS: TORRES ROJAS GUSTAVO IVAN ROJAS TORRES SAGRARIO

PRACTICA N° 4: “APLICACIONES CON DIDODOS RECTIFICADORES”

N° DE MESA: LABORATORIO:

FECHA DE REALIZACION: 24 DE SEPTIEMBRE DEL 2012

http://images.google.com.mx/imgres?imgurl=http://geopro.cic.ipn.mx/congeo/logos/ipn.jpg&imgrefurl=http://geopro.cic.ipn.mx/congeo/mapas.htm&h=216&w=148&sz=10&hl=es&start=6&tbnid=4UH7YhBDXShWSM:&tbnh=107&tbnw=73&prev=/images?q=IPN&gbv=2&hl=es

PRÁCTICA 4: CIRCUITO DE APLICACIÓNCON DIODOS RECTIFICADORES

OBJETIVO: El alumno comprobará el funcionamiento de distintos circuitos de

aplicación. Armará los circuitos que permitan obtener las

características eléctricas de los circuitos como compuertas,

recortadores y sujetadores con diodos. Obtendrá y reportará las

gráficas correspondientes a cada circuito del voltaje de salida y de

entrada, así como la función de transferencia en modo graficador XY,

e interpretará y reportará las mediciones realizadas con el

osciloscopio, en tablas y/o gráficas según lo indique el desarrollo.

MATERIAL:

Diodos 1N4002Resistencia de 1kΩGenerador de funcionesFuente de corriente directa 3vCapacitor 10 µF Osciloscopio Protoboard

INTRODUCCIÓN.

En esta era de circuitos integrados, la simplicidad y la economía de circuitos hechos a partir de componentes individuales es frecuentemente omitida. Los circuitos empleando diodos rectificadores no solo sirven como su nombre lo indica para rectificar una señal, sino que tiene múltiples aplicaciones, uno de los componentes mas básicos son diodos, pero la infinidad de circuitos que se realizan son esenciales para cada situación o necesidad. Estos circuitos son precedidos por secciones sobre resistores y capacitores ya que estos componentes son ingredientes esenciales en casi todos los circuitos de semiconductores.


TAREA PREVIA

CIRCUITO RECORTADOR

La función principal de un circuito recortador es la de recortar una porción de una señal alternante. También puede ser la de limitar el valor máximo que puede tomar una señal de referencia o bien una señal de control, en cuyo caso estos circuitos son también conocidos como circuitos limitadores. Esta acción es llevada a cabo mediante diodos semiconductores en combinación con elementos resistivos y fuentes de voltaje. Los circuitos recortadores se encuentran normalmente en dos configuraciones: serie y paralelo. Al observar las Figuras 1 y 2, se ha de notar que el nombre asignado a cada una de las configuraciones de recortadores se refiere en esencia a como se encuentra colocado el diodo con respecto al voltaje de salida en el circuito. Mientras que en las figuras 1 y 2 el nivel de recorte es de 0 volts, en la Figura 3 se ilustra un circuito recortador en el cual se agrego una fuente de corriente directa, el resultado es un cambio en el nivel de recorte de la señal de acuerdo al valor de la fuente.


Observando estas figuras se puede constatar que los circuitos rectificadores de media onda y de onda completa, constituyen un tipo especial de circuitos recortadores, en donde se establece el nivel de corte a cero volts.

RECORTADORES EN PARALELO

Los circuitos recortadores se utilizan para eliminar parte de una forma de onda que se encuentre por encima o por debajo de algún nivel de referencia. También se conocen como limitadores, selectores de amplitud o rebanadores. En este análisis se encontrarán cuatro tipos de recortadores en paralelo, en los dos primeros solo cambia la polaridad del diodo y, la fuente de cd queda con la misma polaridad; en los dos recortadores siguientes el diodo conserva la misma polaridad, mientras que la fuente de cd invierte su polaridad para cada recortador restante.

RECORTADORES EN SERIELos recortadores en serie a diferencia de los recortadores en paralelo son como su nombre lo dice el diodo en serie.

CIRCUITO SUJETADOR


El circuito sujetador desplaza la señal de entrada a un nivel CD diferente al circuito básico se compone de un capacitor, un diodo y un elemento resistivo, aunque puede incluir una fuente independiente para introducir un corrimiento adicional. Las dos configuraciones básicas, el circuito sujetador positivo y el circuito negativo se observan en la figura 1-4(a) y (b).Para comprender el funcionamiento del sujetador, consideramos primero el caso positivo sin carga, es decir, RL infinita; para simplificar, supongamos un diodo ideal. El diodo conduce solamente cuando Vs es negativo, cargando al condensador con la polaridad indicada. Cuando el condensador se carga al valor pico negativo de Vs, no puede cargarse más. Sin embargo, el diodo impide la descarga ya que presenta una resistencia casi infinita a la descarga. De esta manera, el voltaje de salida será igual en forma al voltaje de entrada, pero desplazado por constante que es el voltaje del condensador (decimos que se “sujeta” a un nivel CD diferente, o que hay un “offset”). Si se agrega una resistencia de carga RL tal que la constante de tiempo RC sea comparable o mayor que el periodo de Vs, entonces el diodo no conduce no será apreciable. Observe sin embargo que cuando el tiempo RC es comparable con el periodo de la señal de entrada, el capacitor se cargará después de muchos ciclos de entrada. En la resistencia de carga se observa la suma del nivel DC del capacitor y la señal de entrada.

SUJETADORES DE VOLTAJE O CAMBIADORES DE NIVEL

Una red cambiadora de nivel es la que cambia una señal a un nivel de CD diferente. La red debe de tener un capacitor, un diodo y un elemento resistivo, pero también puede usar una fuente de CD independiente para introducir un cambio de nivel de CD adicional. La longitud de R y de C debe elegirse de tal forma que la constante de tiempo T = RC es lo suficientemente grande para asegurar que el voltaje a través del capacitor no se descarga de manera significativa, durante el intervalo en que el diodo no está conduciendo.

PRIMERA ETAPA

En esta primera etapa el capacitor se carga con el voltaje de la fuente a través del diodo que al estar polarizado en directo es sustituido por un corto circuito (mostrado en la figura (c). Esta etapa se encuentra en un rango de 0 < t < T/2, común voltaje de entrada igual al voltaje de la batería Vi = VE la figura (a) se muestra una onda cuadrada de entrada. En la figura (b) se ilustra un circuito sujetador (de fijación) donde la salida se fija a cero, es decir, no existe batería, por lo que VB = 0. Si el diodo se encontrara en dirección opuesta al del circuito


previo, se fijaría el mínimo en lugar del máximo de salida, en este caso se está fijando el máximo de salida.

Es importante que la tensión a través del capacitor permanezca aproximadamente constante durante el semiperiodo de la onda de entrada.

SEGUNDA ETAPA

En la segunda etapa el capacitor es cargado con el doble del voltaje de la fuente ya que el diodo se polariza inversamente siendo este sustituido por un circuito abierto, mostrado en la figura (b). Esta etapa se encuentra entre un rango T/2 < t <T con un voltaje de entrada igual a menos dos veces el voltaje de la fuente de acuerdo a la ley de voltaje de Kirchhoff: -V - V - Vi = 0 quedando Vi = - 2V. Una regla práctica de diseño es hacer que la constante de tiempo RC tenga al menos cinco veces la duración del semiperiodo, es decir, t1 - t0 o t2 - t1. Si la constante de tiempo es muy pequeña, la onda se distorsiona, para reducir ese error se puede incrementar la constante de tiempo, por ejemplo, 10 veces la duración del semiperiodo.


COMPUERTAS

Las computadoras utilizan el sistema de números binarios, que tiene dos dígitos: 0 y 1. Un dígito binario se denomina un bit. La información está representada en las computadoras en grupos de bits. Utilizando diversas técnicas de codificación los grupos de bits pueden hacerse que representen no solamente números binarios sino también otros símbolos discretos cualesquiera, tales como dígitos decimales o letras de alfabeto. Utilizando arreglos binarios y diversas técnicas de codificación, los dígitos binarios o grupos de bits pueden utilizarse para desarrollar conjuntos completos de instrucciones para realizar diversos tipos de cálculos.

Las compuertas son bloques del hardware que producen señales en binario 1 ó 0 cuando se satisfacen los requisitos de entrada lógica. Las diversas compuertas lógicas se encuentran comúnmente en sistemas de computadoras. Cada compuerta tiene un símbolo gráfico diferente y su operación puede describirse por medio de una función algebraica. Las relaciones entrada - salida de las variables binarias para cada compuerta pueden representarse en forma tabular en una tabla de verdad.

COMPUERTA AND

La compuerta AND produce la multiplicación lógica AND: esto es: la salida es 1 si la entrada A y la entrada B están ambas en el binario 1: de otra manera, la salida es 0.Estas condiciones también son especificadas en la tabla de verdad para la compuerta AND. La tabla muestra que la salida S es 1 solamente cuando ambas entradas A y B están en 1.El símbolo de operación algebraico de la función AND es el mismo que el símbolo de la multiplicación de la aritmética ordinaria.


COMPUERTA OR

La compuerta OR produce la función sumadora, esto es, la salida es 1 si la entrada A o la entrada B o ambas entradas son 1; de otra manera, la salida es 0. El símbolo algebraico de la función OR (+), es igual a la operación aritmética de la suma.

COMPUERTAS LÓGICAS CON DIODOS.

Estos simples circuitos lógicos pueden ser usados para enseñar bases de lógica digital y en aplicaciones prácticas.

UTILIZACIÓN DE DIODOS PARA CREAR UNA COMPUERTA OR

En este tipo de compuerta si una o las dos entradas están a un "1" lógico (5 Voltios), pasará corriente a través de uno o los dos diodos, corriente que atravesará la resistencia que a su vez tendrá un voltaje alto del orden de los 5v entre sus terminales obteniéndose así un "1" lógico a la salida.

Solo se obtiene un "0" lógico a la salida cuando ambas entradas están en nivel bajo ("0" lógico), ninguno de los dos diodos conduce, no hay corriente por la resistencia y tampoco voltaje.

Como consecuencia el voltaje de salida Vout es la misma que tierra (0 voltios)

UTILIZACIÓN DE DIODOS PARA CREAR UNA COMPUERTA AND

En esta compuerta cuando las dos entradas están en nivel alto "1" (5 volts) entonces los dos diodos están polarizados en inversa y no conducen corriente y por lo tanto en la salida hay un nivel lógico alto ("1")Si una de las entradas está en nivel bajo, entonces la salida será de nivel bajo ("0"), pues pasará corriente a través de la resistencia y el diodo cuyo cátodo este puesto a tierra.


De esta manera el ánodo del diodo (la salida) estará a nivel bajo.

COMPUERTA OR

COMPUERTA NOR

COMPUERTA AND


COMPUERTA NAND

SIMULACION COMPUERTA OR


TABLA DE LA COMPUERTA OR

VA VB VO

0

v

0v 0


5

v

0v 3.9

52

0

v

5v 3.9

52

5

v

5v 3.9

70

SIMULACION COMPUERTA AND


TABLA DE LA COMPUERTA AND

SIMILACION CIRCUITOS RECORTADORES CON DIODOS RECTIDICADORES

V

A

VB VO

0

v

0v 1.03

0v

5

v

0v 1.04

8v

0

v

5v 1.04

8v

5

v

5v 4.99

5v


FUNCION DE TRANFERENCIA

SIMILACION CIRCUITOS RECORTADORES CON DIODOS RECTIDICADORES


FUNCION DE TRANFERENCIA

DESARROLLO

1. Armar los siguientes circuitos, y reportar la medición de VO.

VA

VB

R1

Vo

R1= 1KΩ

VA VB VO

0

v

0v

5

v

0v

0

v

5v

5

v

5v

¿De que circuito se trata?


VA

VB

R1

5V

Vo

VA VB VO

0

v

0v

5

v

0v

0

v

5v

5

v

5v

R1= 1KΩ

¿De que circuito se trata?

2. Realiza comentarios, observaciones y conclusiones.


3. Armar los siguientes circuitos, y reportar la medición de VO, dibujar la gráfica, y la función de

transferencia para cada uno de los incisos. Indicar en cada uno de los circuito de que tipo de

aplicación se trata. Tomando VS del generador (señal triangular ó senoidal con una amplitud de

10 Vp, a una frecuencia que se encuentre entre 60Hz – 1KHz), R1 de 1KΩ.

+

Vs

R

DCH1CH2

++

- -

_

Fig. a

+

Vs

R

V1

D1CH1 CH2

++

- -

_

Fig. b

+

Vs

R

V1

D1CH1 CH2

++

_

Fig. c

+

Vs

R

DCH1 CH2

++

- -

_

Fig. d

+

Vs

R

V1

DCH1 CH2

++

- -

_

Fig. e+

Vs

R

V

DCH1

CH2

++

- -

_

Fig. f

+

Vs

R

V1 V2

D1 D2CH1 CH2

++

- -

_

Fig. g

R= 1KΩ

VS=10vp

V1= 3v

V2= 3v

Los valores antes

mencionados serán

empleados en todos los

circuitos según sean

requeridos en cada

circuito.

4. Anotar comentarios, observaciones y conclusiones.


5. Armar los siguientes circuitos, y reportar la medición de VO, dibujar las gráficas de VO, así como la

función de transferencia para cada uno de los circuitos. Indicar en cada uno de los circuito de que

tipo de aplicación se trata. Seleccionar la señal senoidal del generador a la máxima amplitud con

una frecuencia de 1KHz o menos. La fuente de CD ajustarla a 3V.

+

Vs DCH1 CH2

C = 10 u F o 1 u F

++

- -

+Vs

V

DCH1 CH2

C = 10 u F o 1 u F

++

- -

+

Vs

V

DCH1 CH2

C = 10 u F o 1 u F

++

- -

+

Vs DCH1 CH2

C = 10 u F o 1 u F

++

- -

+

Vs

V

DCH1 CH2

C = 10 u F o 1 u F

++

- -

+

Vs

V

DCH1 CH2

C = 10 u F o 1 u F

++

- -

6. Realiza comentarios, observaciones y conclusiones.

7. Realizar las conclusiones generales.


CONCLUSIONES

Podemos observar que la importancia de los diodos rectificadores es muy grande, pues permite tanto transformar una señal de corriente alterna en una de corriente directa, como duplicar, triplicar, cuadriplicar, etc. voltajes y poder sujetar señales a un cierto valor de CD requerido.

También es conveniente resaltar la importancia del conocimiento de la funciones de transferencia para este tipo de dispositivos, pues permite reafirmar el conocimiento del comportamiento del voltaje con respecto del tiempo en éstos componentes

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